一种实验室云监控平台及实验室监控方法与流程

本发明涉及一种实验室云监控平台及实验室监控方法。

背景技术：

现在一些科研机构和公司企业都有自己完善的实验室，并且可能一个单位拥有多个实验室，对多个实验室的实时监控成了目前实验室管理中普遍遇到的问题。一般企业都是需要实验室人员时刻巡视实验室，了解实验室的设备情况和实验数据，但实验室人员不可能时刻巡视实验室，对实验室的设备情况和设备数据都不能及时的进行实时监控，对实验室人员实时了解实验室情况带来不便，因此在现有技术中对实验室进行远程监控；如申请文献CN201310229092.6，在进行远程监控的同时，会加入云计算技术，云端共享的数据由云端服务器提供，所有的数据的分析和计算都由云端服务器处理，用户只需要通过在客户端上访问云端服务器获取所需信息资源；申请文献中的监控系统是通过HTTP请求发送到服务器，以及接收服务器下发的指令并将该指令下发。但该现有技术中的技术对数据的处理和分析能力较弱，监控功能较少。

如申请文献CN201610257929.1，现有技术中通过云服务器、云数据库和云监控平台，所述云监控平台通过云协通用智能监控模块中的存储器与多个模块的配合实现监控，但现有技术的实时性有待提高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种利用云SCADA服务器、云存储、MQTT服务器和WEB服务器配合的方法来实现数据监控，提高实时性且具有实验室设备监测数据远程采集、无线传输、数据云存储、站点管理和远程终端监视等功能的实验室云监控平台及实验室监控方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种实验室云监控平台，包括智能数据采集设备、云服务端和远程监视终端；所述智能数据采集设备包括多个传感器和数据采集器，所述数据采集器通过总线接口与传感器相连接，用于将传感器检测到的数据存储到本地；传感器把检测到数据传送到数据采集器中采集，便于及时对实验室数据进行海量的采集和存储；

所述云服务端由云SCADA服务器、云存储、MQTT服务器和WEB服务器组成；所述云服务端通过网络或TCP/IP通讯方式与所述智能数据采集模块相连接，用于将本地存储的数据上传云服务端；所述云SCADA服务器提供用户及权限管理、设备认证、数据查询、报警自动上报、实验室管理、报表统计、参数配置和固件升级服务；所述云存储与云SCADA服务器之间信号连通，用于提供数据统计与存储管理服务；所述WEB服务器均与云SCADA服务器和云存储之间信号连通，用于数据的分析和查询，所述WEB服务器通过网络与远程监控终端相连接，分析与查询结果通过MQTT协议传送给远程监控终端，为远程监控终端提供数据来源和可视画面；实验室数据从智能数据采集设备上传输到云服务端上，云服务端通过云SCADA服务器和WEB服务器的配合使用，对数据进行采集、解析、计算、统计和存储，并为远程监视终端提供服务；云服务端的使用利于提高整个云监控平台的稳定性和利于海量数据的存储和大数据统计与分析。

所述远程监控终端包括手机终端和PC终端，所述手机终端和PC终端分别由两个WEB服务器进行一对一连接，共享同一个实验室云平台数据；实现海量数据点接入，便于多个终端共享一个实验室云平台设备数据。

作为本发明的一种优化，所述云SCADA服务器中的用户及权限管理包括用于添加新的平台用户并分配权限的云SCADA平台用户管理和用于登录和操作远程监视终端查看数据的远程终端用户管理；便于提高实验室云平台的安全性。

所述数据查询包括历史数据查询、报警记录查询和日志记录查询，所述数据查询均访问云存储中数据进行查询；利于数据的存储和调用。

所述实验室管理通过网络与智能数据采集设备信号连接，管理与修改实验室设备参数和实验室数据；提供实验室项目管理、实验室设备管理、传感器管理、实验数据管理和报警数据点管理服务；便于使用者对实验室的各种情况进行管理和监控。

作为本发明的一种优化，所述云存储采用MYSQL数据库，用于实时数据采集、实时数据处理、数据存储和实时数据展示以及历史数据查询，构成实时数据库和历史数据库；MYSQL具有体积小、速度快，总体拥有成本低等优点，提高实验室云监控平台的监控速度。

作为本发明的一种优化，所述远程监控终端的PC终端与WEB服务器之间通过MQTT协议进行信号连通，提供用户登录、设备数据表格浏览、图形统计、数据导出、数据打印和数据查询服务；所述手机终端与WEB服务器之间通过MQTT协议进行信号连通，提供用户登录、实验室房间浏览、设备实时数据浏览、设备历史数据查询和设备数据统计服务，提高使用者的便捷性，不仅在PC终端能查看实验室情况，在手机上也能对其实验室设备数据进行监控。

作为本发明的一种优化，所述网络包括GPRS、WIFI或以太网。

一种实验室云监控平台的实验室监控方法，包括：

步骤1：智能数据采集设备采集实验室基本数据；

步骤2：上传实验室数据到云服务器中实现数据采集、解析、计算、统计和存储；

步骤3：在远程监控终端对实验室数据进行远程监视。

作为本发明的一种优化，步骤1中智能数据采集设备包括传感器和数据采集器，数据采集器以串口为数据通道，按照设定的频率轮询各数据传感器上的数据，实时把数据采集到本地端，便于对实验室数据进行采集。

作为本发明的一种优化，步骤2中的云服务端由云SCADA服务器、云存储、MQTT服务器和WEB服务器组成，所述云SCADA服务器提供用户及权限管理、设备认证、数据查询、报警自动上报、气象站管理、报表统计、参数配置、固件升级功能服务，把实验室数据存储在设置有独立存储空间的云存储中，并在WEB服务器中对实验室数据进行分析与查询，分析与查询结果通过MQTT协议传送给远程监控终端；对采集到的数据进行多功能分析处理，提高远程监控的实时性。

作为本发明的一种优化，步骤3中所述的远程监控终端包括PC终端和手机终端，通过用户登陆，实现对实验室设备实时数据浏览、设备历史数据查询和设备数据统计导出功能，提高实验室云监控平台的检测数据的安全性。

本发明的有益效果在于：

本发明所提供的实验室云监控平台可以实现传统的对实验室设备的监控工作；其中TCP/IP协议和现场总线协议的兼容性，真正达到数据畅通无阻，提高准确性；使用实时数据库技术，提高监控的实时性；该发明实现数据采集、解析、计算、统计和存储多功能工作；同时将实验室数据上传到云端，不同终端可通过云端同时对同一实验室数据进行查询。

附图说明

图1为本发明实验室云监控平台流程图；

图2为本发明实验室云监控平台构架图；

图3为本发明云SCADA系统功能结构图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例1：如图1和2所示，一种实验室云监控平台，包括智能数据采集设备、云服务端和远程监视终端；所述智能数据采集设备包括多个传感器和数据采集器，所述数据采集器通过总线接口与传感器相连接，用于将传感器检测到的数据存储到本地；传感器把检测到数据传送到数据采集器中采集，便于及时对实验室数据进行海量的采集和存储；所述智能数据采集设备通过RS485/RS232等现场总线接口与各数据传感器相连接，把数据进行本地存储，可以存储3个月以内的数据；其中利用总线协议的兼容性，使得数据之间传输畅通无阻，提高数据准确性；同时支持一对多采集，一个智能数据采集器可以采集多个数据传感器的数据。

所述云服务端由云SCADA服务器、云存储、MQTT服务器和WEB服务器组成；所述云服务端通过网络或TCP/IP通讯方式与所述智能数据采集模块相连接，用于将本地存储的数据上传云服务端；其中使用兼容性好的TCP/IP协议，使得数据之间传输畅通无阻，提高数据准确性；所述云SCADA服务器提供用户及权限管理、设备认证、数据查询、报警自动上报、实验室管理、报表统计、参数配置和固件升级服务；所述云存储与云SCADA服务器之间信号连通，用于提供数据统计与存储管理服务；所述WEB服务器均与云SCADA服务器和云存储之间信号连通，用于数据的分析和查询，所述WEB服务器通过网络与远程监控终端相连接，分析与查询结果通过MQTT协议传送给远程监控终端，为远程监控终端提供数据来源和可视画面；实验室数据从智能数据采集设备上传输到云服务端上，云服务端通过云SCADA服务器和WEB服务器的配合使用，对数据进行采集、解析、计算、统计和存储，并为远程监视终端提供服务；云服务端的使用利于提高整个云监控平台的稳定性和利于海量数据的存储和大数据统计与分析；其中云存储为每个接入的实验室设备制定独立存储空间，特定的数据可永久性保存没有丢失的风险，同时数据云存储可以大大降低了工程的硬件成本与维护成本。

如图3所示，其中所述云SCADA服务器中的用户及权限管理包括用于添加新的平台用户并分配权限的云SCADA平台用户管理和用于登录和操作远程监视终端查看数据的远程终端用户管理；便于提高实验室云平台的安全性。

所述设备认证是针对数据采集器的，数据采集器在云SCADA需要进行注册，并分配唯一的ID号，向云服务器发送链接时需要对设备ID进行认证，只有通过认证才能传送数据。这个功能主是为了确保传输数据和云SCADA平台的安全。

所述数据查询包括历史数据查询、报警记录查询和日志记录查询，所述数据查询均访问云存储中数据进行查询；利于数据的存储和调用。所述历史数据查询，可分为历史数据查询、报警查询和日志查询；历史数据查询，可以对所有的AI点数据进行查询报警查询，可以对实验室设备或接入仪器所有的报警点进行查询；日志查询，主要分系统日志和智能采集日志进行查询；所述报警自动上报，实时的报警信息能主动发送到用户名所绑定的微信账号中；所述实验室管理通过网络与智能数据采集设备信号连接，管理与修改实验室设备参数和实验室数据；提供实验室项目管理、实验室设备管理、传感器管理、实验数据管理和报警数据点管理服务；所述实验室管理主要管理实验室设备参数、数据查询；所述实验室项目管理，可添加删除实验室名称，为每个实验室设定名称、标题、背景图片、站ID、添加智能采集设备等；所述实验室设备管理，可添加删除，为每个设备设定名称、地址、采集频率、通讯方式、添加数据传感器等；所述传感器管理，可添加删除，并设定名称、地址、数据点、通讯协议等；所述实验室数据管理，可添加删除，并设定数据点名称、类型、单位、变比、逻辑运算方式、是否启用报警等；所述报警数据点管理，设定报警类型、报警值(AI点选择值的范围，DI点选择合、闭或变位)、报警描述、报警等级等；所述报表统计：对各实验室数据进行图表统计；所述参数配置：系统参数配置和设备参数配置。系统参数配置是指SCADA系统相关参数，设备参数配置是指智能采集器相关参数；还包括有固件升级，可以远程对云终端设备进行固件升级。加载镜像文件，下发到云终端设备中，完成升级后自动重启，恢复正常运行。便于使用者对实验室的各种情况进行管理和监控；该实验室云监控平台具有较多的监控功能，功能完善。

所述云存储采用MYSQL数据库，用于实时数据采集、实时数据处理、数据存储和实时数据展示以及历史数据查询，构成实时数据库和历史数据库；MYSQL具有体积小、速度快，总体拥有成本低等优点，提高实验室云监控平台的监控速度；其中实时数据库是云监控平台中数据处理和管理的核心，它的基本特征就是与时间相关性，数据的值随时间而变化，实时数据库无缝地集成了数据库与定时性，同时兼顾了常规数据库处理能力和实时处理技术需求；构成实时数据库，从而提高监控的实时性。

所述MQTT服务器为手机终端和服务器终端推送信息提供一种MQTT协议，MQTT由于开放源代码，耗电量小邓特点，在移动信息推送领域会有更好的贡献。其中所述远程监控终端的PC终端与WEB服务器之间通过MQTT协议进行信号连通，提供用户登录、设备数据表格浏览、图形统计、数据导出、数据打印和数据查询服务；所述WEB服务采用的是TOMCAT，服务器所述手机终端与WEB服务器之间通过MQTT协议进行信号连通，提供用户登录、实验室房间浏览、设备实时数据浏览、设备历史数据查询和设备数据统计服务，提高使用者的便捷性，不仅在PC终端能查看实验室情况，在手机上也能对其实验室设备数据进行监控。其中所述网络包括GPRS、WIFI或以太网，较为稳定；所述远程监控终端包括手机终端和PC终端，所述手机终端和PC终端分别由两个WEB服务器进行一对一连接，共享同一个实验室云平台；实现海量数据点接入，便于不同终端共享一个实验室云平台设备数据；所述PC终端通过浏览器进行询问，手机终端需要关注相应的微信公众账号进行询问；PC监视终端功能主要有用户登陆、设备数据表格浏览、图形统计、数据导出、数据打印、数据查询等功能；手机监视终端画面可分为用户登陆画面、实验室画面、设备实时数据画面、设备数据统计画面、设备数据查询画面等；通过不同的终端对同一实验室现场情况进行监控，提高用户的便捷性。

实施例2：一种实验室云监控平台的实验室监控方法，包括：

步骤1：智能数据采集设备采集实验室基本数据；

步骤2：上传实验室数据到云服务器中实现数据采集、解析、计算、统计和存储；

步骤3：在远程监控终端对实验室数据进行远程监视。

其中步骤1中智能数据采集设备包括传感器和数据采集器，数据采集器以串口为数据通道，按照设定的频率轮询各数据传感器上的数据，实时把数据采集到本地端，便于对实验室数据进行采集。

步骤2中的云服务端由云SCADA服务器、云存储、MQTT服务器和WEB服务器组成，所述云SCADA服务器提供用户及权限管理、设备认证、数据查询、报警自动上报、气象站管理、报表统计、参数配置、固件升级功能服务，把实验室数据存储在设置有独立存储空间的云存储中，并在WEB服务器中对实验室数据进行分析与查询，分析与查询结果通过MQTT协议传送给远程监控终端；对采集到的数据进行多功能分析处理，构成实时数据库，从而提高远程监控的实时性。

步骤3中所述的远程监控终端包括PC终端和手机终端，通过用户登陆，实现对实验室设备实时数据浏览、设备历史数据查询和设备数据统计导出功能，提高实验室云监控平台的检测数据的安全性。其中实验室云监控平台监控过程采用独有核心加密技术，采用转义HTML元字符以及XSS安全过滤方法，有效防止XSS跨站脚本攻击，通信数据全部密文传输安全防破解，支持SSL；安全验证码功能，防止攻击者暴力破解；数据库使用主从备份，保证数据安全；该发明可以远程访问，使用户虽远离现场，亦可了解现场情况。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。